基于物聯網的建筑工程紙質資料存儲系統設計

謝瑋成，劉媛媛，林清陽，陳 宏

（中建海峽建設發展有限公司，福建 福州350001）

建筑工程資料是工程建設從項目的提出、籌備、勘測、設計、施工到竣工投產等過程中形成的文件材料、圖紙、圖表、計算材料、聲像材料等各種形式的信息總和[1]。根據規定，工程資料應由施工企業按有關建筑法規、檔案管理法規、質量檢驗標準的規定和設計要求，隨工程進度同步收集、填寫、整理、編制[2]。工程資料根據類型可分為電子資料和紙質資料，其中紙質資料具有體量大、保管難度高、使用頻繁等特點。本文以物聯網技術為基礎，針對紙質資料的管理設計了一套建筑工程紙質資料存儲系統，以期通過該系統的研發與應用，提高建筑工程紙質資料的管理效率，提高資料存儲的安全性。

1 整體結構設計

物聯網是基于信息技術形成的一種綜合性技術模式，其使互聯網與實物間形成了緊密的聯系[3]。本文設計的建筑工程紙質資料存儲系統是利用物聯網技術對傳統資料柜進行改造，并配套研發軟件平臺實現對紙質資料借閱管控的一套信息化解決方案。系統由資料存儲裝置和存儲管理平臺2 部分構成。

建筑工程紙質資料存儲系統整體結構自下而上分為感知層、網絡層和應用層，如圖1 所示。感知層由各類傳感設備構成，對應本文設計的資料存儲裝置，具體包含RFID 設備、條形碼識別器、人臉識別設備等。網絡層由各類網絡設備構成，為感知層和應用層進行數據交換提供通道。應用層運行存儲管理平臺，面向使用者提供人機交互界面。

圖1 系統整體結構

2 資料存儲裝置設計

如圖2 所示，資料存儲裝置由資料柜柜體、中控設備和條形碼識別器等組成。

圖2 資料存儲裝置結構

資料柜柜體。柜體由10 個資料箱構成，每個資料箱中包含5 個資料盒。資料箱內配置有電控鎖和RFID閱讀器，電控鎖主要用于控制箱門的開閉，RFID 識別器用于讀取資料盒上RFID 芯片數據。資料盒底部嵌入有RFID 芯片，芯片中存儲資料盒內具體資料的信息，資料盒表面印刷有一張唯一標識信息的條形碼。

中控設備。用于提供面向用戶的人機交互界面，顯示操作提示和檢索反饋等信息，設備由人臉識別設備、拾音器和音頻輸出設備組成。人臉識別設備用于捕獲用戶面部圖像，將提取到的人臉圖像特征值與用戶數據庫人臉特征值逐一比對，驗證訪問者的身份。拾音器用于采集用戶語音，將其傳輸給存儲管理平臺轉碼解析。音頻輸出設備用于播放存儲管理平臺反饋的信息。

條形碼識別器。用于讀取資料盒上的條形碼信息，并提交至存儲管理平臺識別處理。

3 存儲管理平臺設計

存儲管理平臺包含人機交互子系統、資料管理子系統和柜體控制子系統3 部分，如圖3 所示。人機交互子系統用于人機交互操作，如識別使用者身份、轉義用戶語音等。資料管理子系統實現資料的狀態查詢、位置查詢、借閱情況查詢等功能。柜體控制子系統用于控制柜體開閉。

圖3 存儲管理平臺結構

3.1 資料借閱

人機交互子系統通過人臉識別技術識別使用者身份，匹配用戶信息庫獲取操作權限，并顯示歡迎界面，提示使用者進行具體操作。通過拾音器獲取使用者語音信息，將語音信息轉換為文本信息，根據語義拆分關鍵詞，傳輸至資料管理子系統進行檢索。資料管理子系統通過關鍵詞模糊檢索，定位使用者檢索的資料，查詢資料狀態，若資料未借出，則推送指令給柜體控制子系統請求開啟資料所在的資料箱。柜體控制子系統通過RFID 技術定位資料所在的資料箱，聯動開啟對應資料箱的電控鎖，彈出資料盒。待使用者取走資料盒后，資料管理子系統更新資料狀態。

3.2 資料歸還

人機交互子系統驗證使用者身份后，激活條形碼識別器，使用者使用條形碼識別器掃描資料盒上的條形碼，系統將識別結果推送給資料管理子系統。資料管理子系統接收到信息后，查詢資料應存放的位置，并推送開啟資料箱指令給柜體控制子系統。柜體控制子系統打開對應的資料箱，待使用者放入資料后，系統讀取資料盒RFID 芯片信息，核對信息是否與使用者計劃歸還的資料信息一致，待確認無誤后推送信息至資料管理子系統，更新資料狀態。

3.3 安全控制

用戶權限方面設計有嚴格的分級訪問權限，系統人員按照權限劃分為資料總管理員、部門資料管理員和一般用戶。資料總管理員擁有新增存儲、查詢、借閱、歸還、追溯借閱人及刪除資料等所有操作權限，部門資料員具有新增存儲、查詢、借閱、歸還資料的權限，一般人員僅有查詢、借閱、歸還資料的權限。當同一用戶多次認證失敗時，中控設備將鎖定，并聯動向資料總管理員發出提醒。

借閱追溯方面設計有全流程追蹤體系，自使用者訪問系統起，至完成借閱離開的全過程錄像將被保存在系統中。同時，使用者登錄系統執行的相關操作也將被記錄，便于追溯和審計。

4 系統實現

建筑工程紙質資料存儲系統開發完成后，研發團隊使用戴爾R740 機架式服務器（10 核CPU、8 G 內存）作為存儲管理平臺運行載體，選擇搭載Android 10操作系統的平板電腦模擬中控設備進行測試。

4.1 功能驗證

用戶端功能包含資料查詢、資料借閱和資料歸還，管理員端功能包含實時監控、審計追溯和系統管理等。本次測試主要校驗用戶端功能。

資料查詢。資料查詢頁如圖4 所示，使用者按住語音圖標告知系統檢索的內容，系統將采集到的語音轉換為文本信息，解析使用者的檢索需求，提取關鍵字，并遍歷檢索資料存放的位置，反饋處理結果。

圖4 資料查詢頁面

資料借閱。資料借閱頁如圖5 所示，在定位到使用者要借閱的資料存放的位置后，系統將反饋提示使用者：“是否打開該資料箱”，得到確定的回復后，系統將打開對應的資料箱門。待使用者取走資料并關閉資料箱門后，系統在確認無誤后，更新資料借閱狀態。

圖5 資料借閱頁面

資料歸還。資料歸還頁如圖6 所示，使用者通過條形碼識別器掃描資料盒上的條形碼后，點擊開啟箱門按鈕，系統將開啟對應資料箱，待資料放入后，系統將校驗資料盒信息，并通過中控設備反饋處理結果。

圖6 資料歸還頁面

4.2 性能測試

為測試系統性能，研發團隊從語音識別準確率及效率、箱體聯動準確性及響應效率方面進行了測試。

語音識別準確率及效率測試方面，測試用例標準名稱為G20 幅地連墻檢驗批，測試設計5 組語句，每組語句由10 名測試人員輪流念出，每人重復2 次，測試結果見表1。由表可知，語音識別準確率為98%，平均響應時間為0.9 s。

表1 語音識別準確率及效率測試結果

資料箱體聯動準確性及響應效率測試方面，考慮到單個資料存儲裝置包含10 個資料箱，共50 個資料盒，因此，測試用例設計為每個資料盒調取5 次。在測試前，從1—50 為每個資料盒標記編號，重復4 輪，即第一個檔案盒有1、51、101、151 和201 五個編號，再通過隨機函數調取1—250編號對應的檔案盒進行開箱測試。經測試，箱體聯動開啟的準確率為99.2%，平均響應時間為1.7 s。

由測試可知，建筑工程紙質資料存儲系統運行良好。

5 總結

本文提出了一種建筑工程紙質資料存儲系統設計方案，方案依托物聯網技術實現了紙質資料的快速檢索、精確定位和自動調取。經測試，系統運行穩定，整體性能良好，其應用能夠提升紙質資料借閱和使用效率，提高資料存儲安全性，為項目管理提供便利。